Пиролизные котлы мифы и реальность

Здравствуйте.

Сегодня мы с вами обратимся к теме пиролизных котлов. Конечно, эта тема не обойдётся без агрессивно настроенных читателей, пользователей этих котлов, но агрессия таких людей нас свами мало волнует, а больше всего беспокоит то, что люди, которые стоят перед выбором котла в настоящий момент, могут эту агрессию принять за истину в первой инстанции и приобрести себе такой котёл.
Пиролизный котёл приобретать не надо, и сейчас мы с вами посмотрим почему.

Будем разбирать пиролизный котёл по тем преимуществам, которые нам предлагает реклама, а именно:

1. Экономичность, КПД очень высокий
2. Экономичность по полноте сгорания топлива
3. Экологичность, очень низкие выбросы СО и прочих веществ
4. Высокое время горения, до 12 часов
5. Возможность сжигания топлива с влажностью 75%

Итак, прежде чем мы приступим к вышеупомянутым преимуществам, давайте разберёмся, что такое пиролизный котёл, говорить мы будем об истинном пиролизном котле – с верхним дутьём. Уточняем для себя этот момент, так как сейчас очень часто можно встретить в рекламе: пиролизный котёл без дутьевого вентилятора! – это полная ерунда, так как в этом котле воздух идёт сверху вниз, сам он таким путём не пойдёт, обязательно требуется вентилятор.
Итак, как он устроен РИС.1 , в камеру закладки дров(1) подается воздух(2), дрова в камере(3) разлагаются на составляющие:  на уголь и летучие вещества, пиролизные газы – которые мы потом сжигаем.

Что такое пиролиз?  Пиролиз – это, разложение вещества, при отсутствии или недостатке кислорода.

Воздух в пиролизном котле продувается сверху вниз и выходит через форсунку в виде вот такого хвоста ракеты (4). Скажите пожалуйста, какой уж тут пиролиз, когда не то что недостатка кислорода, а мы принудительно продуваем воздух через камеру сгорания. Если бы нагревание закладки происходило от внешнего источника, через стенки камеры сгорания (5) и при достижении температуры выхода летучих газов, эти летучие газы бы выходили и потом сгорали в камере сгорания, то можно было бы с лёгким сердцем утверждать, что да, действительно, этот котёл пиролизный. НО! В данном случае, о пиролизе речи быть не может, потому что здесь принудительно подается воздух. И правильнее было бы назвать этот котёл не пиролизным, а котлом верхнего дутья. Но так называть его нельзя, а почему, потому что вы его не купите. Что такое котёл верхнего дутья? А когда Вы слышите слово пиролизный котёл, Вы считаете что там, есть что-то волшебное и его надо обязательно купить. Несмотря на то, что живём мы в 21 веке, от магического мышления мы ещё не избавились и волшебства мы от чего-то ждём. 
Так вот ничего волшебного в пиролизном котле нет! Почему?! Да потому что процесс пиролиза, процесс выхода летучих веществ из дров или из угля, не важно, он присутствует в любом месте, где горят дрова, хоть в железной бочке.  Это легко обнаружить, если Вы посмотрите, в традиционный котёл РИС.2, где воздух подаётся через закладку дров снизу вверх (1) , то увидите пламя над дровами (2), и языки пламени на некотором удалении (3), через определенный промежуток (4).  Это именно те пиролизные газы, которые не сгорели, не успели сгореть здесь (2), а нашли себе кислород на некотором удалении от самого пламени. Вот и всё.
Теперь давайте последовательно разберём все наши 5 пунктов, которые мы выделили как преимущества пиролизного котла, судя по рекламе. Начнём с того что полегче, это сжигание сырых дров. Люди, которые утверждают, что можно сжигать дрова 75% влажности ошибаются очень сильно. В паспорте пиролизного котла, чёрным по белому написано, что дрова должны быть 25% влажности, если влажность будет больше, то это сильно снижает КПД котла. 75% влажность дров, приведёт к тому, что КПД котла будет 5%, ну может быть 10%.

Как устроен процесс работы пиролизного котла.

Итак, процесс разделён на 3 этапа РИС.3. 

1.  этап. Это работа в режиме обычного котла, когда дрова разогреваются до температуры выхода пиролизных газов. 
2.  этап. После того как газы начинают выходить, запускается собственно процесс пиролиза и он продолжается ровно до тех пор, пока все летучие газы не выйдут.
3.  этап.  Догорание угля. 

Так вот если у нас дрова 25% влажности, то процесс пиролиза у нас начнётся вот здесь (1), приблизительно через 20 минут после того как дрова загорятся.
Если дрова 50% влажности, то этот процесс, сдвигается до этого места (2).
Если наши дрова 75% влажности, то мало того что вы их не подожжёте просто так, Вам понадобится бензин или керосин, для того чтобы они начали гореть, а самое главное, процесс пиролиза, не начнётся никогда. Почему?! Да потому что влага будет выделяться, а её здесь много, будет уносить с собой тепло и не даст дровам разогреться до тех пор, когда они начнут выделять газ. Дрова начнут гореть здесь (3), дотлеют до этого места (4), не принеся с собой ничего. То есть сжигать дрова с влажностью 75% не нужно совсем, дрова с влажностью 50% очень неэкономично.
Итак, пункт 5 мы можем смело вычеркнуть, с ним мы разобрались.

Полнота сгорания топлива.

Теперь давайте разберёмся с полнотой сгорания топлива. Когда Вы откроете дверцу топки традиционного твердотопливного котла, то на дне этого котла будет зола и пепел. Когда же Вы открываете топку пиролизного котла, то на дне, как правило - ничего нет. Отчего же это происходит, объяснить легко! 
Открыв дверцу обычного котла и подув на минеральный, не сгоревший остаток который там есть, Вы увидите, что от лёгкого дуновения он поднимается в воздух и долгое время летает. А что у нас происходит в пиролизном котле?  Не сгоревшие продукты попадают на дно вторичной камеры и казалось бы, они должны тут (1) лежать, но не тут-то было.   Отсюда вырывается наш хвост ракеты (2), с большой скоростью сюда РИС.4 (3) подаётся воздух. Здесь у нас площадь S1, здесь (4)площадь форсунки S2, а S1>>> намного больше, чем S2, поэтому скорость в этом месте (5) большая и силой ветра, вся зола и пепел которые должны здесь скопиться, током воздуха (6) увлекаются в дымоход. Поэтому у золы, фактически нет никакой возможности здесь задерживаться. И когда Вы открываете дверцу и не видите золы, думаете, как же здорово всё сгорело, ух.
Некоторые производители в своих рекламных буклетах пишут, что пиролизные котлы обладают низкой зольностью – чушь полнейшая! Никакой низкой зольностью котлы не могут обладать, так как, зольность – это, качество принадлежащее самому топливу, от того как его сжигают, сверху вниз, или снизу вверх, зольность не зависит! Но зола в пиролизном котле улетает и нам кажется, что он полностью сжигает топливо. Не тут-то было!
Итак, пункт 2, полное сгорание топлива, мы можем также зачеркнуть и двинуться дальше. Начали мы с этих пунктов не случайно, пункты 3 и 4 нам нужно будет рассматривать во взаимосвязи, они противоречат друг другу и сейчас мы, в этом убедимся.

Время горения

Утверждают, что время горения в пиролизном котле можно растянуть до 12 часов. Охотно в это верится. В камеру сгорания закладывается много дров, производитель рекомендует закладывать дрова крупные. Рекомендация хорошая! Когда дрова больше, площадь их поверхности меньше, чем, если бы закладывали мелкие. От чего зависит скорость горения? От количества подаваемого воздуха и площади горения, если бы у нас вместо дров была стружка, то она бы сгорела не хуже бензина, а крупные дрова будут гореть дольше. Этот приём хорош для того, чтобы увеличить время горения. Но он не очень эффективный, самый эффективный и единственный способ увеличить горение в твердотопливном котле, это – ограничить подачу кислорода. Подачу кислорода мы ограничили, процесс замедлился. Мы можем совсем прекратить подачу кислорода и тогда, у нас с Вами процедура будет очень длительная, только толку нам от неё никакого нет, потому что котёл должен давать тепло. Есть одна тонкость, если мы совсем прекратим подачу кислорода, то процесс выделения газов, тех, которые мы должны сжечь, он продолжается и остановить его мы не можем, так как здесь нет клапана, который всё это дело прекращает. 
Что происходит, когда эти газы выделяются? Мы обязаны их удалить, если мы их не удаляем, то они попадают в помещение и мы можем получить отравление. Мы обязаны их удалить, в дымоходе всегда есть разряжение и эти газы, несгоревшие попадают в дымоход, в атмосферу, загрязняя её. Второй недостаток этого процесса, то, что несгоревшие газы мы просто выкидываем на улицу, то есть мы выбрасываем топливо. 
Вот что такое процесс удлинения горения. Экономичность котла находится в прямой противоположности со временем горения. Чем дольше мы растягиваем процедуру горения, тем больше мы теряем на экономичности. Это очевидно, не так ли!? Котёл будет экономичен только тогда, когда он будет работать на 100% своей мощности, но для того чтобы он работал таким образом, нам нужна буферная ёмкость. Например, в Германии вам не разрешат поставить никакой котёл, ни пиролизный, ни обычный твердотопливный дровяной без топливной ёмкости, именно по причине того, что режим работы котла не всё время 100%, он будет уменьшаться и увеличиваться, в зависимости от потребности системы отопления. Количество выбросов будет меняться, то есть ситуация когда количество выбросов будет превышать норму, при работе хоть пиролизного, хоть обычного котла будет иметь место, нам этого допустить нельзя. Удлинять время горения, нам может быть и удобно, но мы теряем на топливе. Потеряв на топливе, мы уже не имеем права говорить, что этот котёл очень экономичен, ничего экономичного в нем нет.

Что такое КПД котла

Напоследок, у нас с Вами остался один пункт, самый сложный, для того чтобы понять что такое КПД, давайте обратимся к формулам.
У нас в котле сгорает углерод, водород, в присутствии кислорода. Продуктами сгорания у нас в идеале является углекислый газ и вода, плюс тепло:
                               С+2Н2+2О2=СО2+2Н2О+Q
Для того, чтобы этот идеальный процесс произошёл, нам нужно чтобы (водород сгорит всегда), каждый атом углерода встретил два атома кислорода, - для того чтобы они встретились, требуется какое-то время. Если мы подадим 100% кислорода для осуществления этой реакции, то встреча двух этих атомов будет происходить очень долго, где-то за пределами камеры сгорания. Поэтому, для того чтобы они встретились быстрее, мы должны подать кислород с избытком. Как правило, количество воздуха подаваемого в топочную камеру, составляет 130% от расчётного.
Вот при этом количестве воздуха достигается максимальный  КПД, при минимальном количестве угарного газа. Если углерод не нашёл себе две молекулы кислорода, то у нас с Вами образуется не СО2, а СО. А если кислорода ещё меньше, то у нас с Вами образуется чистый углерод. Некоторые атомы углерода, не найдут себе кислорода и вылетают в трубу в виде сажи. Вы всегда можете обнаружить сажу на внутренних поверхностях дымохода. 130% воздуха – это то количество, которое даёт максимальный КПД, при минимальном загрязнении атмосферы.

Что говорят в пользу пиролизного котла его апологеты?

Они говорят, вот здесь РИС.5 (1) в хвосте ракеты, температура пламени 1100С. Да, хорошо, 1100С.
Дальше они говорят, раз 1100 здесь, а температура уходящих газов на выходе минимальна(2), 120С, то КПД котла хороший. Здесь 1100С, по сравнению с обычным котлом (3), с 800С, у нашего на 300С больше, тепло передаётся стенкам теплообменника и вот поэтому у нас высокий КПД. Не тут-то было!
Давайте посмотрим, откуда это берётся. Температура в ядре пламени берётся оттого, что туда вдули слишком много воздуха, углерод очень быстро находит себе атомы кислорода и очень быстро сгорает, поэтому температура пламени здесь получается на 300С выше. Но что происходит не в ядре пламени, а во всей остальной камере сгорания (4). Для того чтобы сюда (1) подать столько кислорода, чтобы поднять температуру до 1100С, мы должны слишком много воздуха вдуть в эту камеру (4). И к чему это приводит? Этот воздух холодный, мы его не хотим нагревать, но не можем не нагреть, этот воздух тоже нагревается. Если бы у нас воздуха было 130% расчётных, то вот здесь (5) температура была бы 600С, а тут (6), к примеру, 500С.
 Когда мы вдули  много воздуха, а это 78% азота, который ни с чем не реагирует, паразитный газ, который инертный, он нам не нужен, но он отбирает тепло у камеры сгорания.  То здесь (7) вместо 600С будет 300С, а здесь (8) 200С, это значит что в традиционном твердотопливном котле, здесь (9) омывание стенок теплообменника происходит температурой 600С, а в пиролизном котле, это же омывание происходит температурой (10) 400С. Конечно, это условно, мы не мерили, но лишний воздух говорит о том, что он отбирает тепло – мы размешиваем тепло продуктов горения с лишним воздухом.
Говорить о КПД, просто опираясь на то, что здесь (1) температура 1100С, не-ль-зя!

Газоанализатор

Говорить о КПД, можно только вот с такой штукой в руках. Это – газоанализатор.
Как же газоанализатор считает КПД?
КПД считается по температуре отходящих газов – это правда, но ещё один важный показатель для КПД – это количество кислорода, которое содержится в этих уходящих газах. Обычно температура уходящих газов в котле 140-160С и содержание кислорода при этом 4-5% (О2=4-5%). При этих параметрах содержание СО будет минимальным. 
Что происходит в пиролизном котле? Вы, наверное, когда-нибудь видели на картинке, или вживую – кузнечный горн. Туда подаётся очень много воздуха, но это нужно для того чтобы именно в этом месте разогреть металлическую заготовку, чтобы потом её ковать. Для котла такая ситуация не нужна, потому что нам нужно чтобы в топочной камере температура была как можно больше, если мы туда подаём лишний воздух, то этот воздух мы нагреваем. И получается что у нас температура уходящих газов 100 -120С, вроде бы всё это хорошо, теплообменник всё это тепло отнял от 1100С, но содержание кислорода при этом будет 16%. По содержанию кислорода мы можем понять, что КПД у нас не вырос, а наоборот снизился.  Мы определяем,  что у нас было слишком много воздуха подано в котёл, и остывание газов произошло из-за того, что в камеру сгорания был вдут холодный воздух. Вот и всё!
Утверждать что КПД пиролизного котла выше, просто так нельзя, это ошибка. Если бы кто-то сказал, что вот, я взял газоанализатор и обнаружил такие то данные,  то тогда ДА, это было бы так. А утверждение что здесь 1100С, а здесь 120С, не говорит ни о чём. Следовательно, для того чтобы 1 пункт можно было заявлять обоснованно, нам нужно опереться на данные газоанализатора, на показания термометров и на то тепло которое мы получили в сравнении с пиролизным котлом и традиционным твердотопливным. В настоящий момент этот пункт также сомнительный.

Заключение

Мы рассмотрели с вами все 5 пунктов рекламных заявлений, убедились в том, что они не соответствуют действительности, никаких особых преимуществ – да собственно никаких преимуществ пиролизного котла НЕТ, есть только одно преимущество – он в 2 – 3 раза дороже обычного твердотопливного котла. Но это его преимущество сомнительное, всё-таки люди умные считают свои деньги, когда покупают какую-то технику.
Пиролизный котёл в плане экономии, удобства, экологичности – затея совершенно бесполезная, покупать его не стоит! Лучше эти деньги потратить на буферную ёмкость. Приобретите обычный котёл, с которым у Вас будет гораздо меньше проблем, чем с пиролизным. Топите его и будете получать все те плюсы, о которых говорят про пиролизные котлы, но которых у него на самом деле НЕТ!
Всего Вам наилучшего!